[發明專利]以1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺為碳源制得的銻/氮摻雜碳復合物及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710298922.9
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107248569B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 周小四;許欣
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/054
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明提供一種以1?乙基?3?甲基咪唑二氰胺為碳源制備銻/氮摻雜碳復合物的方法，包括：將三氯化銻和1?乙基?3?甲基咪唑二氰胺分別溶于甲醇中，在劇烈攪拌下混合，將兩種溶液充分混合后靜置，離心收集凝膠狀白色固體，用甲醇離心洗滌；將所得產物在H₂/Ar氣氛下碳化，得到銻/氮摻雜碳復合物。本發明還提供由該方法制得的銻/氮摻雜碳復合物及該復合物作為鈉離子電池負極材料的應用。本發明以三氯化銻、離子液體1?乙基?3?甲基咪唑二氰胺離子液體為原料，工藝簡單，原料綠色環保，適合于批量生產，制得的銻/氮摻雜碳復合物具有優異的電化學性能，可作為理想的鈉離子電池負極材料取代可逆容量低的硬碳應用于鈉離子電池。

技術領域

本發明涉及一種電極材料，特別是涉及一種以1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺為碳源制得的銻/氮摻雜碳復合物及其制備方法，以及該銻/氮摻雜碳復合物作為鈉離子電池負極材料的應用。

背景技術

目前常見的化學電源包括鉛酸電池、金屬氫化物鎳電池、鎳鎘電池和鋰離子電池。這些化學電源在當今人類生活和國民經濟的發展中都起到了舉足輕重的作用。其中鉛酸電池材料價格低廉、技術發展成熟，故其應用最為廣泛。但鉛酸電池能量密度低，并含有重金屬元素鉛，對環境產生嚴重的污染。鉛酸電池的這些局限性限制了其應用范圍的進一步擴大。社會的迅速發展對電池技術提出了更高的要求，發展新型環保型電池已經成為趨勢。鋰離子電池因其能量密度高、循環壽命長而被廣泛應用于便攜式電子設備、混合動力汽車和純電動汽車領域。但是，鋰的地殼含量低(0.0065％)、地理分布不均勻、成本高使得鋰離子電池無法滿足日益增加的大規模能源存儲需求。近年來，鈉離子電池作為鋰離子電池的替代品倍受關注，這主要是因為鈉離子電池具有原料價格便宜、資源豐富、環境友好等優點。

迄今為止，人們已經制備出多種鈉離子電池正極材料，而鈉離子電池負極材料的發展卻相當緩慢。因此，設計與制備高性能的負極材料是鈉離子電池發展的當務之急。銻具有較高理論容量(660mAh·g^-1)、導電性好，這使其成為一種有前景的鈉離子電池負極材料。然而，銻在脫嵌鈉過程中存在著嚴重的體積變化，易造成銻顆粒粉化、失去電接觸，最終導致循環穩定性較差。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種綠色環保、工藝簡單的制備銻/氮摻雜碳復合物的方法，并提供一種具有優異的電化學性能的鈉離子電池負極材料。

技術方案：一種以1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺為碳源制備銻/氮摻雜碳復合物的方法，該方法包括以下步驟：

1)將三氯化銻溶于甲醇中，形成澄清溶液，得到溶液A；

2)將1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺溶于甲醇中，得到溶液B；

3)在劇烈攪拌下將所述溶液B倒入所述溶液A中，將兩種溶液充分混合后靜置，離心收集凝膠狀白色固體，用甲醇離心洗滌；

4)將步驟3)所得產物在H₂/Ar混合氣氛下碳化，得到所述銻/氮摻雜碳復合物。

該方法中，加入的三氯化銻與1-乙基-3-甲基咪唑二氰胺的質量比為7∶10～ 9∶10。

步驟3)中，靜置時間為10～20h；用甲醇離心洗滌的次數為3～6次。

步驟4)中，碳化是將步驟3)所得產物置于管式爐中，使管式爐以4～ 10℃·min^-1的速率升溫至550～650℃后保持2～4h；H₂/Ar混合氣氛中，H₂的體積百分比為5％～10％。